中国科学家在世界上首次直接观察到“氢键”(图)


 发布时间:2021-02-23 06:33:37

国家纳米科学中心研究员裘晓辉博士在介绍他们直接观察到的氢键。新华社记者 金立旺摄 中科院国家纳米科学中心22日宣布,该中心科研人员在国际上首次“拍”到氢键的“照片”,实现了氢键的实空间成像,为“氢键的本质”这一化学界争论了80多年的问题提供了直观证据。这不仅将人类对微观世界的认识向前推进了一大步,也为在分子、原子尺度上的研究提供了更精确的方法。这一成果发表在日前出版的《科学》杂志上,被评价为“一项开拓性的发现,真正令人惊叹的实验测量”“是一项杰出而令人激动的工作,具有深远的意义和价值”。

这项研究是由国家纳米科学中心研究员裘晓辉和副研究员程志海领导的实验团队,以及中国人民大学物理系副教授季威领导的理论计算小组合作完成的。裘晓辉解释说,氢键是自然界中最重要、存在最广泛的分子键相互作用形式之一,对物质和生命有至关重要的影响——因为氢键的存在,水才在常温下呈液态,冰才能浮在水面上;也因为氢键的存在,DNA才会“扭”成双螺旋结构;很多药物也是通过和生命体内的生物大分子发生氢键相互作用而发挥效力。但自从诺贝尔化学奖得主鲍林在1936年提出“氢键”这一概念后,化学家们就一直在争论:氢键仅仅是一种分子间弱的静电相互作用,还是存在有部分的电子云共享? 裘晓辉带领的研究团队对一种专门研究分子、原子内部结构的显微镜——非接触原子力显微镜进行了核心部件的创新,极大提高了这种显微镜的精度,终于首次直接观察到氢键,为争论提供了直观证据。

“利用改造之后的显微镜,我们可以看到头发丝百万分之一那么微小的结构。”裘晓辉说,“我们团队的研究人员手工制作了显微镜的探针、自制了核心部件‘高性能qPlus型力传感器’等,这就像给汽车换上了我们自己制造的发动机,让这台仪器的关键技术指标达到国际上该领域的最高水平。” “‘看到’只是第一步,关于氢键的研究还有很长的路要走,比如氢键的‘测量’、不同分子间氢键的‘比较’等等。”程志海说,科研团队的研究还会拓展至其他关键化学键的研究,比如共价键、离子键、金属键等,以及进一步在原子、分子尺度上实现不同化学键的比较和强度测量等。

(记者齐芳)。

非编码RNA(核糖核酸),被称为生命体中“暗物质”。日前,中国科学技术大学单革教授实验室发现一类新型环状非编码RNA,并揭示了此类非编码RNA的功能和功能机理。成果发表在国际知名杂志《自然·结构和分子生物学》上。非编码RNA是一大类不编码蛋白质,但在细胞中起着调控作用的RNA分子。正如宇宙间存在着许多既看不到也感觉不到的“暗物质”“暗能量”一样,在生命体这个“小宇宙”中,也存在这样的神秘“暗物质”—非编码RNA。越来越多的证据表明,一系列重大疾病的发生发展与非编码RNA调控失衡相关。环形RNA分子最近数年才引起研究人员注意,而此前的研究主要集中于线形RNA分子。单革教授实验室发现的新型环状非编码RNA,被命名为外显子-内含子环形RNA。在论文中,他们还对这类新型环状非编码RNA为何会成为环形而不是线形分子进行了研究,发现成环序列两端经常会有互补的重复序列存在。(记者 桂运安)。

北京时间7月9日深夜,国际学术刊物《细胞》Cell正式发表了由中国科学家完成的大规模临床肺腺癌蛋白质组草图的绘制工作。在此项研究中,中国科学院上海药物研究所谭敏佳研究员团队联合军事科学院军事医学研究院、国家蛋白质科学中心(北京)贺福初院士团队、汪宜研究员团队,国家癌症中心/中国医学科学院肿瘤医院程书钧院士、肖汀研究员团队,上海交通大学李婧教授等团队,在国际上首次对肺腺癌开展了大规模、高通量、系统性的全景蛋白质组学研究。肺癌是中国乃至全世界发病率和死亡率最高的恶性肿瘤之一。肺腺癌是非小细胞肺癌的主要病理类型,约占所有肺癌的一半。相比于其它肺癌病理类型,肺腺癌中非吸烟人群的比例明显偏高,发病机制复杂。肺腺癌的早发现、早诊断、早治疗对于改善患者的预后具有至关重要的意义。蛋白质是所有生命功能的直接执行者,也几乎是所有药物的作用靶点。系统性研究细胞、组织等生物样本中所有蛋白质特征的学科,即蛋白质组学,已逐渐成为生物医学研究的核心内容之一。因此,全景绘制肺腺癌人群蛋白质分子图谱,对于肺腺癌病理机制的深入认识,疾病诊断生物标志物与药物治疗靶点的发现,以及实现更精准的肺腺癌分子分型和治疗方案的制定等具有重大科学意义。

研究工作对103例临床病人的肺腺癌和癌旁组织进行了蛋白质表达谱和磷酸化翻译后修饰谱的深度解析,最终共鉴定到11119个蛋白产物和22564个磷酸化修饰位点,同时整合临床信息和基因组特征数据分析,深度构建了基于蛋白质组的肺腺癌分子图谱全景。该研究首次从蛋白质水平系统描绘了肺腺癌的分子图谱,并发现了与病人预后密切相关的分子特征,特别是发现了中国人群肺腺癌两个主要基因(TP53和EGFR)突变人群的蛋白质分子特征。研究人员进一步利用蛋白质组表达谱数据将肺腺癌分为三个蛋白质组亚型(I型、II型、III型)。其中,I型与细胞代谢和肿瘤微环境密切相关,临床信息显示该型主要为临床早期人群,并且预后最为良好;III型与细胞稳态及增殖密切相关,其主要为临床中后期人群,呈现出肿瘤分化程度较低,基因突变负荷较高等特征,并且预后最差;II型则是I型和III型的过渡状态,这部分人群预后程度介于I型和III型之间。该工作首次大规模、系统性构建了肺腺癌的蛋白全景图和分子亚型特征,揭示了中国人肺腺癌的分子特征及潜在的预后和诊疗生物标志物,为肺腺癌的精准医疗提供了重要资源和线索。

该研究得到了科技部“973”计划、国家自然科学基金创新研究群体项目、协和创新工程、国家自然科学基金重大研究计划、中科院战略性先导科技专项、国家重点研发计划等项目资助。(完)。

氢键 分子 裘晓辉

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